《Linux内核原理与分析》第三周作业

娄老师 2021-10-04 16:38:08

完成《Linux内核原理与分析》教学进程中第三周的任务。

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2024-2025-1 20242816 《Linux内核原理与分析》第三周作业

内容概要：本文介绍了如何通过修改和编译Linux内核代码，实现一个支持时间片轮转调度的简易操作系统内核。文章详细展示了从搭建内核环境、打补丁、配置编译到运行的完整流程，并重点实现了进程控制块（PCB）的定义、多任务初始化、时钟中断处理及进程调度机制。通过在mymain.c中初始化任务链表，在myinterrupt.c中实现定时中断触发调度，以及新增mypcb.h定义任务结构，最终完成了基于时间片轮转的多道程序调度功能，验证了操作系统内核对任务管理和切换的基本原理。适合人群：具备操作系统基础知识和C语言基础，熟悉Linux开发环境，适合计算机相关专业学生或从事系统编程的初学者。使用场景及目标：①深入理解操作系统中进程调度、PCB管理、中断处理等核心机制；②通过动手实践掌握Linux内核的编译、调试与定制方法；③为后续学习复杂调度算法和内核模块开发奠定基础。阅读建议：建议结合代码逐行分析执行流程，重点关注汇编语句在任务切换中的作用，并在实验环境中复现整个过程，以加深对内核运行机制的理解。

内容概要：本文深入解析Linux内核中进程调度的机制，重点围绕`schedule()`函数展开，详细阐述了进程调度的触发时机、调度过程及核心函数的工作原理。通过GDB调试工具对`schedule`、`context_switch`、`pick_next_task`和`switch_to`等关键函数设置断点，动态跟踪并分析了进程调度与上下文切换的执行流程。文章还介绍了CFS（完全公平调度器）等调度算法的选择策略，展示了从任务选择到上下文切换的完整链条，并结合实验步骤演示了如何在Linux 3.18.6内核中进行实际调试操作，帮助读者理解进程调度的底层实现。; 适合人群：具备一定操作系统基础知识，熟悉C语言和Linux系统调用，有一定内核学习经验的计算机专业学生或研发人员（工作1-3年为佳）。; 使用场景及目标：①理解Linux内核中进程调度的触发条件与核心函数调用关系；②掌握`schedule()`、`pick_next_task()`和`context_switch()`等函数的作用与协作机制；③通过GDB调试实践，深入剖析进程切换的全过程，提升对操作系统运行机制的理解。; 阅读建议：建议结合Linux内核源码（特别是kernel/sched目录下的代码）同步阅读，动手复现实验环境与GDB调试步骤，边操作边理解调度流程，重点关注断点触发顺序与函数调用栈的变化，以加深对进程调度内在逻辑的掌握。

内容概要：本文介绍了对一个简单的C语言程序进行反汇编分析的完整过程，涵盖从源码编写到预处理、编译、汇编、链接及最终可执行文件生成的各个阶段。通过对main.c中函数g、f和main的汇编代码分析，详细解释了关键汇编指令的作用机制，如函数调用栈的建立与恢复（pushq %rbp、movq %rsp, %rbp）、参数传递、函数调用（call）和返回（ret）等，帮助读者理解高级语言函数在底层的执行原理。文中还展示了各阶段中间文件（如.i、.s、.o）的生成与属性验证，重点聚焦于x86-64架构下的汇编实现细节。; 适合人群：具备基本C语言编程能力和初步汇编知识的计算机专业学生或操作系统初学者，适合学习系统底层原理的1-3年经验开发者；使用场景及目标：①理解C程序从源码到可执行文件的编译全过程；②掌握函数调用过程中栈帧的形成与释放机制；③深入理解Linux环境下GCC工具链的使用及反汇编分析方法；阅读建议：建议结合实际操作，在Linux环境中逐步复现编译与反汇编流程，配合gdb调试工具观察寄存器与堆栈变化，加深对函数调用机制和汇编代码的理解。

内容概要：本文系统介绍了Linux环境下的虚拟化与容器技术，重点讲解KVM和容器的核心原理及实现。在虚拟化部分，阐述了CPU、内存和I/O的虚拟化机制，详细说明KVM的工作原理、API使用方法以及QEMU-KVM的协同工作机制，并介绍了高性能虚拟化方案StratoVirt的架构与应用场景。在容器技术部分，深入解析了Linux容器的基础机制，包括chroot和六大命名空间（Namespace）的隔离原理，介绍如何通过系统调用创建容器，并对比Docker、iSula等主流容器技术，涵盖Dockerfile、镜像构建及OCI标准等内容。; 适合人群：具备一定Linux系统基础，从事系统开发、运维或云计算相关工作的技术人员，工作年限1-3年为佳；也适合高校计算机专业学生深入学习操作系统底层技术。; 使用场景及目标：①掌握KVM虚拟化技术的部署与API编程，理解硬件辅助虚拟化的实现机制；②深入理解Linux容器的隔离原理，能够手动创建和管理容器；③对比Docker与iSula等容器方案，选择合适技术应用于生产环境；阅读建议：建议结合实验环境动手实践文中提到的KVM配置、容器创建等操作，重点关注Namespace隔离机制与KVM-QEMU协作流程，理论与实操结合以加深对虚拟化与容器底层原理的理解。

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